Erilaisten kappaleiden ilmanvastukseen vaikuttavia muotokertoimia

Ilmanvastus voidaan laskea Newtonin vastuslain kaavalla:

Fv = ½ s v² A Cv

jossa
Fv = vastusvoima
s = ilman tiheys
v = kappaleen nopeus
A = sen poikkipinta-ala liikettä vastaa kohtisuorassa asennossa
Cv = muotokerroin.

Melko teoreettista tietoa polkupyörien ilmanvastuksesta ja ilmanvastuksesta yleensä on sivuilla Aerodynamics of Bicycles, jotka paperille tulostettuina ovat yhteensä noin 25 liuskaa.

Seuraava taulukko esittää eri muotoisten kappaleiden muotokertoimen (ilmasvastuskertoimen), jonka avulla voidaan laskea kappaleen ilmasvastus, kun lisäksi tiedetään kappaleen poikkipinta-ala ja kappaleen nopeus. Kappaleen nopeus vaikuttaa nopeuden neliössä, t.s. nopeuden kasvamisella on varsin suuri vaikutus kappaleen ilmasvastukseen. Muoto ja pinta-ala vaikuttavat vain suorassa suhteessa nopeuteen.

Pinnan muoto		Muotokerroin Cv
	ympyrälevy	1,10
	ontto puolipallo	0,34
	kartio 30 astetta	0,34
	pallo	0,34
	pisaranmuotoinen kappale	0,05
	lentokoneen runko	0,14
	kuorma-auto	0,80...2,20
	henkilöauto	0,30...0,40
	henkilöauto (virtaviivainen)	0,25...0,30

Lähde: Facta 2001

Factan tiedot vaikuttavat ajoneuvojen osalta hieman vanhentuneilta, koska jo 1980-luvulla Vector-triken ilmanvastuskertoimeksi saatiin 0,07 (tai toisen tiedon mukaan 0,11).

Polkupyörätyyppien muotokertoimia

(polkupyörä + ajaja)

Polkupyörätyyppi	Muotokerroin Cv
normaalipolkupyörä, pysty ajoasento	1,1
retkipyörä, hieman kumara asento	1,0
tandem	1,0
kilpapyörä, kilpa-ajoasento	0,88
nojapyörä (recumbent)	0,77
aerodynaamisella etukatteella varustettu polkupyörä	0,7
Vector ykkönen, katettu ennätys- kolmipyörä 1980- luvun alusta	0,11
teoreettisesti täydellinen katettu nojapyörä	0,05

Lähde: Spectrum der Wissenschaft 2/84, sivu 74 (Gunnar Fehlau: Das Liegerad. Moby Dick Verlag 1994)

Pyörien ilmanvastus

Pyörien (rengas + vanne + puolat tai kiekot) 
ilmanvastus vaihtelee ilmavirran suunnan 
mukaan. Kun ilmavirta pyörään on suoraan 
edestä (tyynessä tai suorassa vastatuulessa),
vastus on pienimmillään ja suurenee 
sivutuulessa niin, että vastus on suurimmillaan
sivutuulen suunnan ollessa 30...40 astetta. 
Sen jälkeen vastus taas pienenee, mutta 
pyörään vaikuttava sivuttainen voima 
suurenee, mikä saattaa vaikuttaa 
kaksipyöräisen ajokin tasapainoon. 

Kolmipyöräinen nojapyörä ei ole yhtä 
herkkä sivutuulille, joten esim. kiekoilla
suojatut pinnapyörät soveltuvat hyvin
käytettäviksi. 

Renkaan koolla on suuri vaikutus ilman-
vastukseen: pieni pyörä on parempi. 
Valitettavasti vain kokemus on osoittanut,
että suuri pyörä vierii paremmin 
epätasaisella alustalla (kuten esimerkiksi
Helsingin kaupungin talvisilla pyöräteillä, 
joilla on sentti pari karkeaa 
hiekoitussepeliä jääsohjon seassa).

Pyörien ilmavastuksen vähentämiseksi on kehitetty erilaisia ratkaisuja: hiilikuitupyöriä, joissa on kolme tai neljä puolaa, litteäpuolaisia pyöriä, levypyöriä jne. Mm. googlaamalla löytyy tietoja erilaisten pyörien ilmanvastuksesta erilaisilla tuulen kohtauskulmilla. Sopiva hakusana on esim. wheel aerodynamics.

Renkaiden vierintävastus

Ohessa on melko vanhaa tietoa renkaiden vierintävastuksesta 
USAlaisesta lähteestä. Ainakin viitteellisesti voi nähdä, että
renkaan tyypillä, rengaspaineella ja koolla on merkitystä. 
Isohalkaisijainen ja kovaksi pumpattu on yleensä paras 
vierintävastuksen kannalta. Ajomukavuuden kannalta 
kovat renkaat eivät ole kovin miellyttäviä. Ian Sims on 
myös testannut 406-millisä pyöriä, mutta testiolosuhteet 
poikkeavat käytännön olosuhteista. Tietoja testituloksista 
pitäisi löytyä Greenspeedin sivuilta.

Eri kokoisten renkaiden vierintävastuksesta oli 
Recumbent Cyclist News'issa (Fall 1995)
toimittajan kaivamia esimerkkejä, 
jotka USAlainen tukimuslaitos on laskenut 
vuonna 1992 ja CycloPedia catalog julkaissut. 
Renkaiden vierintävastus on suhdelukuna, 
kun 27" renkaan vastus = 100.

Rengasmerkki / -tyyppi	Sunteellinen vierintävastus
27":n rengas	100
IRC Roadlite 20"	128
ACS RL Edge 20" x 1.75	164
Moulton	175
Golden Boy 16" x 1-3/8"	225
Golden Boy 16" x 1.75	290

Lähde: Recumbent Cyclist News, Fall 1995 / CycloPedia catalog 1992 / CB Institute for Cycle Research

Vuonna 1994 samassa luettelossa oli vierintätesti, jossa kolmipyöräfillaria vieritettiin luiskaa alas ja katsottiin, kuinka pitkälle trike eri renkailla vieri. Vierintämatkat ovat varsin erilaisia, taas iso parhaana. Rengaspaineella oli suuri merkitys testituloksiin.

Rengasmerkki / -tyyppi	Vierintämatka (jalkaa)
IRC 700c x 25	98
Moulton 140 psi	65
The Chen Shin 20" x 1-3/8" 65 psi	33,6
Moulton 70 psi	32,6
The Haro 20" x 1.5"	27,7
Michelin 16" x 1.75" 60 psi	16,5

Lähde: Recumbent Cyclist News, Fall 1995 / 
CycloPedia catalog 1994

Sivulla www.legslarry.beerdrinkers.
co.uk/tech/JL.htm" (linkki korjattu 2003-09-01, tarkistettu 2014-10-07) on John Lafford'in taulukko Tyre Rolling Resistance Dataerilaisten renkaiden vierintävastuksista (os. korjattu 2002-01-10). Rengastkoot 305...700 mm ja rengaspaineet 40...140 psi, ajonopeudet 20...50 M/h (mph). Taulukossa on ilmoitettu vierintävastuskerroin (rolling resistance ceoficient) ja kulutettu teho eri nopeuksilla. Mittaustapaa ei ole selitetty. Taulukko (tarkistettu 2014-10-07) on vuosilta 1998...2002, siis melko vanhaa tietoa. Mukana Nokian renkaista ovat Roadie, City Runner, Mount & City, Mount & Ground, Ultra Tour ja Ultra Tour w Air B latex tube.

Taas näyttää siltä, että iso kova rengas pyörii paremmin kuin pieni ja pehmeä (ottamatta kantaa pyörän ja renkaan muihin ominaisuuksiin, kuten kestävyyteen, painoon yms.). Nokian Mount & Ground tuntuu olevan 406-millisenä raskas rengas.

Cycling News -sivulla on tietoa 
renkaan paksuuden vaikutuksesta
vierintävastukseen.